(57)【要約】【課題】製造コストを低減することが可能な発光素子用ステム、半導体発光装置およびその製造方法を提供すること。【解決手段】本発明は、ベース（３０）に接して設けられ、防護壁（１２）に挟まれた実装面（１４）を有する導電性のヒートシンク（１０）と、実装面（１４）と防護壁（１２）の頂部との間に設けられたステップ面（１６）と、実装面（１４）に実装されたサブキャリア（２０）と、サブキャリア（２０）の実装された半導体発光素子（２２）と、半導体発光素子（２２）とステップ面（１６）とを電気的に接続するワイヤ（２４）と、を具備することを特徴とする半導体発光装置およびその製造方法並びに発光素子用ステムである。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースに接して設けられ、防護壁に挟まれたサブキャリアを実装するための実装面を有する導電性のヒートシンクと、
前記実装面と前記防護壁の頂部との間に設けられたワイヤを接続するためのステップ面と、を具備することを特徴とする発光素子用ステム。
【請求項２】
前記実装面は前記ベースの中心より下に設けられていることを特徴とする請求項１記載の発光素子用ステム。
【請求項３】
前記実装面の前記防護壁間方向の幅は前記ステップ面より上の前記防護壁の間隔より狭いことを特徴とする請求項１記載の発光素子用ステム。
【請求項４】
前記ステップ面と前記ベースとは電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の発光素子用ステム。
【請求項５】
ベースに接して設けられ、防護壁に挟まれたサブキャリアを実装するための実装面を有する導電性のヒートシンクと、
前記実装面と前記防護壁の頂部との間に設けられたステップ面と、
前記実装面に実装されたサブキャリアと、
前記サブキャリアに実装された半導体発光素子と、
前記半導体発光素子と前記ステップ面とを電気的に接続するワイヤと、を具備することを特徴とする半導体発光装置。
【請求項６】
前記ワイヤは前記半導体発光素子の上面と接続することを特徴とする請求項５記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記ワイヤは前記サブキャリアの上面と接続することにより前記半導体発光素子と接続されることを特徴とする請求項５記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記ステップ面と前記ベースとは電気的に接続されていることを特徴とする請求項５記載の半導体発光装置。
【請求項９】
導電性のヒートシンクの防護壁に挟まれた実装面に、サブキャリアを実装する工程と、
前記サブキャリアを実装する工程の前または後の工程において、前記サブキャリア上に半導体発光素子を実装する工程と、
前記半導体発光素子と、前記実装面と前記防護壁の頂部との間に設けられたステップ面とを電気的に接続するワイヤを形成する工程と、を具備することを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項１０】
前記ワイヤを形成する工程は、前記半導体発光素子と前記ステップ面とを電気的に接続するワイヤを形成する工程を含むことを特徴とする請求項９記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項１１】
前記ワイヤを形成する工程は、前記サブキャリアの上面と前記ステップ面とを電気的に接続するワイヤを形成する工程を含むことを特徴とする請求項９記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項１２】
前記ワイヤを形成する工程の後、前記ステップ面より高い位置に設けられたリードと前記半導体発光素子とを電気的に接続するワイヤを形成する工程を有することを特徴とする請求項９記載の半導体発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子用ステム、半導体発光装置およびその製造方法の製造方法に関し、特に、防護壁に挟まれた実装面を有するヒートシンクを備えた発光素子用ステム、半導体発光装置およびその製造方法の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザやＬＥＤ等の半導体発光装置は、例えば光ディスク光源のように一般家庭で用いられるいわゆる家電製品用途として用いられている。このような家電製品用途ではその低価格化が求められている。半導体発光装置は半導体レーザ等のチップである半導体発光素子をステムに実装して用いられる。低価格化のため、例えばキャップレス、つまり気密封止を行わない半導体発光装置も用いられている。キャップレスの半導体発光装置においては、ステムに実装された半導体発光素子および半導体素子とステムを接続するワイヤが外気に暴露されている。そのため、半導体発光装置の搬送や家電製品等への組立の際、外力により半導体発光素子またはワイヤが損傷を受けることがある。
【０００３】
特許文献１の図３には、ヒートシンク４に溝を設け溝の底面にサブキャリア３および半導体発光素子１を実装した半導体発光装置が開示されている。つまり、ヒートシンク４は２つの防護壁を有しており、防護壁に挟まれた実装面上にサブキャリア３、サブキャリア３上に半導体発光素１子が実装されている。このような構造によれば、ヒートシンク４の防護壁が半導体発光素子またはワイヤを保護するため、半導体発光素子またはワイヤが損傷を抑制することができる。
【０００４】
一般に半導体発光素子はＮ型導電性半導体基板上に半導体層が形成される。半導体層のうち最上層のＰ型半導体層とＮ型導電性半導体基板との間に電圧を印加することにより、半導体層内の活性層付近より光（例えばレーザ光）が出力される。電圧の印加は、Ｎ型半導体基板側を基準電位として接地され、Ｐ型半導体層に正電圧を印加することにより行われる。特許文献１においては、半導体発光素子への上記電圧の印加は、一方は、端子７ａからワイヤ６を介し半導体発光素子の上面に電圧が印加される。他方は、端子７ｂからステム５、ヒートシンク４、サブキャリア３を介し半導体素子１の下面かに電圧が印加される。
【０００５】
半導体発光装置としてジャンクションダウンタイプとジャンンクションアップタイプがある。ジャンクションアップタイプは半導体発光素子の半導体基板側をサブキャリアに実装するタイプであり、ジャンクションダウンタイプは半導体発光素子の半導体層側をサブキャリアに実装するタイプである。半導体発光素子は半導体層内の活性層付近で光を出力するため、活性層付近が最も発熱する。そこで、半導体層側をサブキャリアに実装するジャンクションダウンタイプは活性層付近で発熱した熱を効率よくサブキャリアから放熱させることができる。
【特許文献１】実開昭６２−８６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１と同様の実装方法を例えばジャンクションダウンタイプで実装された半導体発光装置に適用するには以下のような課題がある。特許文献１の図３では、半導体発光素子の下面は導電性のサブキャリア３を介し端子７ｂに電気的に接続されている。そのため、ジャンクションダウンタイプで実装すると正電圧が印加される半導体層側がサブキャリア３に実装される。よって、サブキャリア３と電気的に接続されたヒートシンク４およびステム５も正電位となってしまう。
【０００７】
これを避けるために図１のような構造がある。図１を参照に、ヒートシンク１０は防護壁１２を有し、防護壁１２に挟まれた実装面１４上に絶縁性のサブキャリア２０、サブキャリア２０の金属膜２１上に半導体発光素子２２が実装されている。半導体発光素子２２の上面（すなわち半導体発光素子の半導体基板側）から実装面１４に接続するワイヤ２４が設けられている。サブキャリア２０の上面の金属膜２１からベース３０とは絶縁部３３で絶縁されたリード３２に接続されたワイヤ２６が設けられている。このように、サブキャリア２０を絶縁性とし、半導体発光素子２２の上面（半導体基板側、すなわち基準電位とすべき側）を実装面１４に接続する。これにより、ヒートシンク１０およびベース３０は接地される。一方、半導体発光素子２２の下面（すなわち、半導体発光素子の半導体層側）はサブキャリア２０の上面の金属膜２１とワイヤとを介しリード３２に接続する。
【０００８】
図１の構造の半導体発光装置を実装する際、半導体発光素子２２の上面と実装面１４とをワイヤボンディングする必要がある。ワーヤボンディングのためのボンディング装置には、ワイヤボンディングする面を変更できるものもあるが、このようなボンディング装置は高価なため、安価な半導体発光装置を製造するためには、ワイヤボンディングする面を変更できないボンディング装置を用いる。このため、ワイヤボンディングのボンディングツールは半導体発光素子２２の上面と実装面１４との間を移動しワイヤボンディングする。移動距離の長いワイヤボンディングを自動で長時間行うと、ボンディングツールの駆動部が位置ずれを起こし、ボンディングすべき領域以外にボンディングが行われチップを損傷する。これにより、工程内不良による歩留まりの低下および出荷後の信頼性低下の原因となる可能性がある。また、ボンディングツールがジャムを起こすことがある。これを防止するため、頻繁にメンテナンスを行うとボンディング装置の稼動率が低下し、製造コストの増大を招く。さらに、特に金からなるワイヤは垂れ下がりやすく、ワイヤ２４が金属膜２１に接触し、ショートを起こす可能性もある。
【０００９】
上記は、ジャンクションダウンタイプの半導体発光装置を例に従来技術の課題について説明した。ジャンクションアップタイプの半導体発光装置も、サブキャリアを絶縁性にする要請等によりサブキャリアの上面から実装面にワイヤボンディングする場合がある。この場合はジャンクションダウンタイプを例に説明したのと同様の課題がある。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、製造コストを低減することが可能な発光素子用ステム、半導体発光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、ベースに接して設けられ、防護壁に挟まれたサブキャリアを実装するための実装面を有する導電性のヒートシンクと、前記実装面と前記防護壁の頂部との間に設けられたワイヤを接続するためのステップ面と、を具備することを特徴とする発光素子用ステムである。本発明の発光素子用ステムを用い、半導体発光装置を製造することにより、ステップ面と半導体発光素子とを接続するワイヤを形成する際の製造コストを削減することが可能となる。
【００１２】
上記構成において、前記実装面は前記ベースの中心より下に設けられている構成とすることができる。この構成によれば、例えば、半導体発光素子の発光領域をステムの中心とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記実装面の前記防護壁間方向の幅は前記ステップ面より上の前記防護壁の間隔より狭い構成とすることができる。
【００１４】
上記構成において、前記ベースと前記ステップ面とは電気的に接続されている構成とすることができる。
【００１５】
本発明は、ベースに接して設けられ、防護壁に挟まれたサブキャリアを実装するための実装面を有する導電性のヒートシンクと、前記実装面と前記防護壁の頂部との間に設けられたステップ面と、前記実装面に実装されたサブキャリアと、前記サブキャリアに実装された半導体発光素子と、前記半導体発光素子と前記ステップ面とを電気的に接続するワイヤと、を具備する構成とすることができる。本発明によれば、ステップ面と半導体発光素子とを接続するワイヤを形成する際の製造コストを削減することができる。
【００１６】
上記構成において、前記ワイヤは前記半導体発光素子の上面と接続する構成とすることができる。また、上記構成において、前記ワイヤは前記サブキャリアの上面と接続することにより前記半導体発光素子と接続される構成とすることができる。さらに、前記ステップ面と前記ベースとは電気的に接続されている構成とすることができる。
【００１７】
本発明は、導電性のヒートシンクの防護壁に挟まれた実装面に、サブキャリアを実装する工程と、前記サブキャリアを実装する工程の前または後の工程において、前記サブキャリア上に半導体発光素子を実装する工程と、前記半導体発光素子と、前記実装面と前記防護壁の頂部との間に設けられたステップ面とを電気的に接続するワイヤを形成する工程と、を具備することを特徴とする半導体発光装置の製造方法である。本発明によれば、ステップ面と半導体発光素子とを接続するワイヤを形成する際の製造コストを削減することができる。
【００１８】
上記構成において、前記ワイヤを形成する工程は、前記半導体発光素子と前記ステップ面とを電気的に接続するワイヤを形成する工程を含む構成とすることができる。また、上記構成において、前記ワイヤを形成する工程は、前記サブキャリアの上面と前記ステップ面とを電気的に接続するワイヤを形成する工程を含む構成とすることができる。
【００１９】
上記構成において、前記ワイヤを形成する工程の後、前記ステップ面より高い位置に設けられたリードと前記半導体発光素子とを電気的に接続するワイヤを形成する工程を有する構成とすることができる。この構成によれば、ワイヤの接触を防止することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、製造コストを低減することが可能な発光素子用ステム、半導体発光装置およびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、図面を参照に本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２２】
実施例１は発光素子用ステムの例である。図２（ａ）は実施例１に係る発光素子用ステムの正面図、図２（ｂ）は側面図である。なお、実施例１から３においては、実装面１４に対しヒートシンク１０側を下方向、実装面１４に対し空間方向を上方向という。つまり、半導体発光素子２２を実装した場合、半導体発光素子２２から実装面１４の方向が下方向であり、実装面１４から半導体発光素子２２の方向が上方向である。発光素子用ステム３４はベース３０とベース３０に接して設けられたヒートシンク１０とリード３２および３６からなる。図２（ａ）を参照に、ヒートシンク１０は両側に２つの防護壁１２を有し、防護壁１２に挟まれたサブキャリア２０を実装するための実装面１４を有している。言い換えれば、ヒートシンク１０は溝を有し、溝の両側が防護壁１２であり、溝の底面が実装面１４である。防護壁１２は、特許文献１の図３の構造と同様に、半導体発光素子またはワイヤを保護し半導体発光素子またはワイヤが損傷を抑制する機能を有する。
【００２３】
また、ヒートシンク１０はワイヤを接続すべきステップ面１６を有している。ステップ面１６は実装面１４より高く、防護壁１２の頂部（上面）よりは低い。つまり、実装面１４と防護壁１２の頂部との間に設けられている。ステップ面１６と実装面１４とが階段状に形成されているため、実装面１４の防護壁１２方向の幅Ｗ１はステップ面１６より上の防護壁１２の間隔Ｗ２より狭く形成されている。さらに、実装面１４はベース３０の中心Ｃより下に設けることができる。
【００２４】
図２（ｂ）を参照に、リード３２は絶縁部３３を介しベース３０とは電気的に分離されており、ベース３０の裏面側から表面側（図２（ｂ）の右側から左側）に貫通している。リード３６はベース３０に接続されており、ステップ面１６とベース３０を介し電気的に接続されている。
【００２５】
ベース３０とヒートシンク１０の加工は、例えば銅からなる導電性の板より搾り出し加工しベース３０とヒートシンク１０とを一体に加工することができる。ベース３０とヒートシンク１０とは、切削加工またはＭＩＭ（粉黛成形法）を用い形成することもできる。また、ベース３０とヒートシンク１０とは銅以外にも鉄等の導電性材料、導電性膜を被覆した非導電性材料を用いることができる。製造コストを削減するためには安価な材料が好ましい、放熱性を重視する場合は放熱性に優れた材料が好ましい。また、ステップ面１６が１つ設けられているが、ヒートシンク１０の放熱性を高めるため２以上設けてもよい。さらに、ステップ面１６はヒートシンク１０の面でなくとも別の部材に形成された面であっても良い。さらに、ヒートシンク１０とベース３０とを別々に形成し、固着させても良い。さらに、ベース３０は円筒状、ヒートシンク１０は溝を有する円筒状の形状であるが、この形状に限られるものではない。
【００２６】
ヒートシンク１０は直径（図２（ａ）のヒートシンク１０の横方向の幅）が例えば約３．０ｍｍ、長さ（図２（ａ）の奥行き方向）が例えば２．８ｍｍである。実装面１４は幅（図２（ａ）の横方向の幅）が例えば０．２〜１．５ｍｍ、長さ（図２（ａ）の奥行き方法）が例えば約０．３５ｍｍである。ステップ面１６の長さ（図２（ａ）の奥行き方向）は例えば０．０５〜０．５ｍｍである。これらの寸法は、それぞれの部材、面がその機能を発揮する範囲で適宜変更することができる。
【実施例２】
【００２７】
実施例２はジャンクションダウンタイプで実装された半導体発光装置の例である。図３（ａ）から図３（ｃ）を用い実施例２に係る半導体発光装置の製造方法について説明する。図３(ａ)を参照に、実施例１に係る発光素子用ステム３４を用い、絶縁性のサブキャリア２０上の金属膜２１に半導体発光素子２２を例えばＡｕＳｎを用い実装する。半導体発光素子２２は半導体層側が金属膜２１に実装されている。サブキャリア２０を実装面１４に例えばＡｕＳｎを用い実装する。このとき、ベース３０の中心Ｃが半導体発光素子２２の光出力領域となるように実装することが好ましい。サブキャリア２０は、例えば、シリコン、窒化アルミニウム、シリコンカーバイド、ダイヤモンド等の半導体または絶縁体からなり、熱伝導率の高い材料が好ましい。サブキャリア２０は、幅（図３（ａ）の横方向の幅）が例えば０．１５〜１．４５１ｍｍであり、長さ（図３（ａ）の奥行き方向）が例えば０．３〜３．３ｍｍである。半導体発光素子２２は、幅（図３（ａ）の横方向の幅）が例えば０．２ｍｍであり、長さ（図３（ａ）の奥行き方向）が例えば２．２ｍｍである。これらの寸法は、それぞれの部材がその機能を発揮する範囲で適宜変更することができる。また、サブキャリア２０を実装面１４に実装し、その後半導体発光素子２２をサブキャリア２０に実装しても良い。
【００２８】
図３（ｂ）を参照に、半導体発光素子２２の上面（つまり半導体基板側の基準電位となる面）とステップ面１６とを電気的に接続するワイヤ２４を形成する。図３（ｃ）を参照に、ベース３０には、ベース３０と絶縁部３３で電気的に分離されたリード３２がステップ面１６より高い位置に設けられている。半導体発光素子２２が固着されたサブキャリア２０の金属膜２１とリード３２とを電気的に接続するワイヤ２６を形成する。これにより、ワイヤ２６は半導体発光素子２２の下面（つまり半導体層側の面）とリード３２とを電気的に接続される。ワイヤ２６ワイヤ２４、２６の径は例えば０．０２５ｍｍ、材料は金、アルミニウム等の金属を用いることができる。以上により、半導体発光装置が完成する。
【００２９】
実施例２に係る半導体発光装置は、ワイヤ２４が接続されるステップ面１６が実装面１４と防護壁１２の頂部との間に設けられている実施例１に係る半導体発光素子用ステム３４を用いる。これにより、ボンディングツールの移動距離を短くすることができる。よって、製造コストを削減することができる。また、ワイヤ２４と金属膜２１との接触を防止することができる。ボンディングツールの移動距離を、より短くするためには、ステップ面１６はワイヤ２４が接続される半導体発光素子２２の上面と同程度高さであることが好ましい。
【００３０】
半導体発光装置は発光領域がベース３０の中心にあることを要求される場合がある。この場合、実装面１４がベース３０の中心より下に設けることにより、半導体発光素子２２の発光領域をベース３０の中心とすることができる。
【００３１】
また、実施例１に係る半導体発光素子用ステム３４は、図２（ａ）のように、実装面１４の防護壁１２間方向の幅Ｗ１はステップ面１６より上の防護壁１２の間隔Ｗ２より狭い。このようにして、ステップ面１６が実装面１４と防護壁１２の頂部との間に設けることができる。
【００３２】
さらに、ステップ面１６とベース３０とは電気的に接続している。これにより、半導体発光素子２２の基準電位となるべき半導体基板側がステップ面１６に接続された場合、半導体基板側をベース３０の電位とすることができる。すなわち接地することができる。
【００３３】
さらに、半導体発光装置を製造する際に、図３（ｂ）のように、半導体発光素子２２の上面とステップ面１６とを電気的に接続するワイヤ２４を形成した後に、図３（ｃ）のように、ステップ面１６より高い位置に設けられたリード３２と半導体発光素子２２の下面とを電気的に接続するワイヤ２６を形成することが好ましい。半導体発光素子２２の下面（基準電位でない電位とする面）は、ステップ面１６より高い位置にあるリードと接続されることが多い。そのため、半導体発光素子２２とリード３２とを電気的に接続するワイヤ２６は半導体発光素子２２とステップ面１６とを接続するワイヤ２４に比べワイヤループが大きい、複数のワイヤを形成する場合はワイヤループの小さいものからワイヤボンディングすることが、ワイヤの接触を防止することから好ましい。よって、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示した順番でワイヤ２４、２６を形成することが好ましい。
【００３４】
なお、本実施例のリード３２は、ステップ面１６より高い位置に設けられているが、これに限ったものではない。例えば、ベース３０の中心と同程度の高さに設けることも可能である。この場合、リード３２および絶縁部３３の配置の支障ととならないように、リード３２および絶縁部３３の下のヒートシンク１０に溝を設けることもできる。
【実施例３】
【００３５】
実施例３はジュンクションアップタイプで実装した半導体発光装置の例である。図３（ａ）と反対に、半導体発光素子２２の半導体基板側をサブキャリア２０上の金属膜２１上に実装する。図４（ａ）を参照に、実施例１の発光素子用ステム３４を用い半導体発光素子２２が固着されたサブキャリア２０の金属膜２１とステップ面１６とを電気的に接続するワイヤ２５を形成する。これにより、ワイヤ２５は半導体発光素子２２の下面（つまり、半導体基板側の基準電位となる面）とステップ面１６とが電気的に接続される。図４（ｂ）を参照に、半導体発光素子２２の上面（つまり、半導体発光素子の半導体層側の面）とリード３２とを電気的に接続するワイヤ２７を形成する。以上により、実施例３に係る半導体発光装置が完成する。
【００３６】
実施例２においては、半導体発光素子２２の上面とステップ面１６とをワイヤボンディングし、サブキャリア２０の上面とリード３２とをワイヤボンディングすることができる。これにより、半導体発光素子２２の上面はステップ面１６を介しベース３０と電気的に接続されたリード３６と電気的に接続する。また、半導体発光素子２２の下面はサブキャリア２０の上面の金属膜２１を介しベース３０と電気的に分離されたリード３２と電気的に接続する。
【００３７】
一方、実施例３においては、サブキャリア２０の上面とステップ面１６とをワイヤボンディングし、半導体発光素子２２の上面とリード３２とをワイヤボンディングすることができる。これにより、半導体発光素子２２の上面はベース３０と電気的に分離されたリード３２と電気的に接続する。また、半導体発光素子２２の下面はステップ面１６を介しベース３０と電気的に接続されたリード３６と電気的に接続する。以上のように、ジャンクションダウンタイプの実装であっても、ジャンクションダウンタイプで実装であっても、本発明を適用することができる。
【００３８】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は従来例に係る半導体発光装置の正面図である。
【図２】図２（ａ）および図２（ｂ）は実施例１に係る発光素子用ステムの正面図および側面図である。
【図３】図３（ａ）から図３（ｃ）は実施例２に係る半導体発光装置の製造方法を示す正面図である。
【図４】図４（ａ）および図４（ｂ）は実施例３に係る半導体発光装置の製造方法を示す正面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０          ヒートシンク
１２          防護壁
１４          実装面
１６          ステップ面
２０          サブキャリア
２１          金属膜
２２          半導体発光素子
２４、２５、２６、２７  ワイヤ
３０          ベース
３２          リード
３３          絶縁部
３４          ステム
【図１】
2007299811.tif 000003
【図２】
2007299811.tif 000004
【図３】
2007299811.tif 000005
【図４】
2007299811.tif 000006